Tip van de maand

nuttige wenken en praktische tips voor de mineralenverzamelaar
voor vragen of suggesties, email tips@minerant.org
 

Tip 33: microchemie deel 11: waterstofperoxide voor bruinsteenmineralen

een tip van Paul Mestrom
 

Pyrolusiet, kristallen tot 4 mm,
met bruisende druppel waterstofperoxide-oplossing.
Serra da Mina Mine, Cercal, Santiago do Cacém, Setúbal District, Portugal


Bruinsteenmineralen zijn, anders dan de naam doet vermoeden, heel vaak zwart (met tevens een zwarte streepkleur). Vaak vormen ze glaskop-achtige aggregaten (zwarte glaskop), waardoor ze lijken op bruine glaskop (goethiet) en rode glaskop (hematiet), die er meestal ook erg zwart uitzien. Vaak is het niet gemakkelijk om te achterhalen om welk mineraal het gaat. Waterstofperoxide kan een hulpmiddel zijn om in elk geval een of een paar stappen verder te komen.

Bij het onderwijs in het mooie vak scheikunde wordt meestal ook het begrip “katalysator” behandeld. Dat is geen apparaat om uitlaatgassen van auto’s te reinigen, maar een stof die een bepaalde reactie kan versnellen.
Een klassiek voorbeeld dat bij de illustratie daarvan vaak gebruikt wordt, is bruinsteen. Dat is mangaan(IV)oxide, MnO2. Deze stof versnelt de ontleding van waterstofperoxide.
Waterstofperoxide, H2O2, is een stof die onder andere gebruikt wordt als bleekmiddel en als ontsmettingsmiddel. Daarvoor worden oplossingen gebruikt van zo’n 3 tot 5%.
Dergelijke oplossingen moeten altijd koel en donker bewaard worden, omdat waterstofperoxide vrij gemakkelijk ontleedt in water en zuurstof:
2 H2O2 ➞ 2 H2O + O2
Voeg je bruinsteen toe aan een oplossing van waterstofperoxide, dan zie je heel snel belletjes zuurstof ontstaan.
Bij gebruik van hogere concentraties kan dit tot een heftige reactie lijden:
https://www.youtube.com/watch?v=7_X8c2b0BB0

Toepassing
Deze reactie gebruiken we om bruinsteen-mineralen op te sporen.
De werkwijze is simpel:
- leg een druppel waterstofperoxide-oplossing op het te onderzoeken mineraal
- kijk of er gasbelletjes ontstaan.
Is dit het geval, dan heb je te maken met een bruinsteenmineraal.
De foto hierboven laat zien hoe dat er onder de microscoop uitziet bij pyrolysiet.
Over afval of resten van chemicaliën op je mineraal hoef je je in dit geval geen zorgen te maken. Het waterstofperoxide ontleedt en het water verdampt. Als je dus wacht tot je steentje droog is, is het ook schoon.

De bruinsteenmineralen
Bruinsteen is een verzamelnaam voor mangaan-oxide-mineralen. Het bekendste en meest voorkomend is pyrolusiet.
Psilomelaan en waad zijn andere namen die gebruikt worden voor mangaan-oxide-mineralen.
De complete lijst bruinsteenmineralen (volgens Mindat, 2 mei 2019):
akhtenskiet, asbolaan, auroriet, birnessiet, buseriet, coronadiet, cryptomelaan, feitknechtiet, groutiet, hausmanniet, hollandiet, manganiet, pyrochroiet, pyrolusiet, ramsdelliet, ranciéiet, romanèchiet, todorokiet en vernadiet.
Niet al deze mineralen werken als katalysator voor de ontleding van waterstofperoxide.

De werking
Bruinsteen werkt als katalysator door de aanwezigheid van Mn4+-ionen met zuurstofionen. Niet alleen de chemische samenstelling, maar ook de structuur van het oppervlak van de stof bepaalt hoe goed de stof werkt als katalysator. Pyrolusiet werkt meestal heel goed, maar sommige pyrolusiet-monsters leveren weinig of geen gasontwikkeling met waterstofperoxide.
Je kunt dus stellen:
- wel gasontwikkeling ➞ bruinsteenmineraal, grote kans op pyrolusiet
- geen gasontwikkeling ➞ waarschijnlijk (maar niet zeker) geen buinsteenmineraal.

Voorbeelden uit eigen ervaring
Toen ik foto’s voor dit verhaal wilde gaan maken, selecteerde ik een mooie “glaskop” psilomelaan uit mijn verzameling (beeldbreedte 25 mm):



Het etiket vermeldde: Psilomelaan, Eiserfeld, BRD, ruil IRMM 1993.
Ik had er nooit aan getwijfeld dat het inderdaad psilomelaan was door het lakachtige zwarte uiterlijk en omdat het heel aardig leek op de foto van https://www.mindat.org/photo-864187.html
Toen ik er voor de foto een druppel waterstofperoxide-oplossing op bracht gebeurde er echter absoluut niets. Verder onderzoek toonde aan dat het goethiet is.

Een ander monster dat ik selecteerde was psilomelaan van het Luis Lopez Manganese District, Socorro Co., New Mexico, USA.
Het resultaat van dit experiment zie je op de foto hieronder (beeldbreedte 1 cm):


 
image